18 oct 2008

5. El petróleo (Módulo Común)

LOS COMBUSTIBLES FÓSILES

Nuestra civilización industrial moderna usa fósiles como combustible. Casi el 90% de la energía que zusamos para mantener nuestro modo de vida proviene de combustibles fósiles: hulla (carbón), petróleo y gas natural. Los combustibles son sustancias que arden fácilmente y al hacerlo liberan cantidades importantes de energía.

Estamos tan acostumbrados a disponer de abundantes combustibles que tendemos a olvidar que la Tierra tiene sólo una provisión limitada de combustibles fósiles. Durante tu vida, es probable que el gas natural y el petróleo se vuelvan tan escasos y costosos que la gente no podrá costear su uso como combustibles. Si continúa la tasa de producción actual, las reservas estadounidenses de petróleo se agotarán en algún momento. Más de la mitad de reservas de petróleo del mundo están en las turbulentas regiones del Oriente Medio. También se espera que las reservas del gas natural se agoten durante el siglo XXI. Las reservas de hulla deberán durar al menos 300 años si se siguen usando con la celeridad actual, pero dicha rapidez está aumentando, y aumentará todavía más a medida que se agoten los otros dos combustibles fósiles.

Carbón: la roca milenaria de carbono

La hulla o carbón es un material complejo. Se compone principalmente de carbono, pero también contiene pequeños porcentajes de otros elementos. La calidad del carbón como fuente de energía se basa en su contenido de carbono; las clasificaciones van desde turba y lignito de baja calidad hasta antracita de alta calidad (ver tabla 1).

El suministro de carbón es limitado. Los depósitos que existen actualmente tienen menos de 600 millones de años. Durante parte de los últimos 600 millones de años la Tierra fue mucho más caliente que ahora, y las plantas proliferaron. La mayor parte de las plantas vivió, murió y se descompuso, con lo cual desempeñó su papel normal en el ciclo del carbono. Sin embargo una porción del material vegetal quedó enterrado bajo lodo y agua. Ahí en ausencia de oxígeno, sólo pudo descomponerse parcialmente. El material estructural de las plantas es en gran medida celulosa (compuesto de carbono, hidrógeno y oxígeno). Bajo la acción de una presión cada vez mayor, a medida que el material quedaba enterrado más profundamente, las moléculas de celulosa se rompieron. Moléculas pequeñas ricas en hidrógeno y oxígeno escaparon y dejaron atrás un material cada vez más rico en carbono. Así, la turba es un carbón joven, en el que la conversión es apenas parcial. La antracita, en cambio, se ha carbonizado casi totalmente.
Es de suponer que se siguen formando combustibles fósiles en la Naturaleza. Sin embargo, la tasa de formación es extremadamente lenta. De hecho, se ha estimado que estamos gastando combustibles fósiles a una velocidad 50.000 veces mayor que con la que se están formando.

Tabla 1: Composición aproximada ( porcentaje en masa) de varios grados representativos
De hulla.

Gas natural: principalmente metano

El gas natural es un combustible fósil constituido principalmente por metano, aunque su composición varía considerablemente. En Norteamérica el gas natural suele contener entre un 60 y 80% de metano, 5 a 9% de etano, 3 a 18% de propano y 2 a 14% de butano y pentano. El gas, tal como sale del suelo, a menudo contiene compuestos de azufre y de nitrógeno con impurezas.

Lo más probable es que el gas natural se haya formado hace muchísimo tiempo por la acción del calor, la presión y tal vez de las bacterias sobre materiales orgánicos enterrados. El gas queda atrapado en formaciones geológicas cubiertas por roca impermeable, y se extrae mediante pozos perforados en las formaciones que contienen gas.

La mayor parte del gas natural se usa como combustible, pero también es materia prima para la producción de metanol y muchos otros compuestos de un solo carbono.


El gas natural, compuesto principalmente por metano, arde con una flama relativamente limpia, y los productos principales son dióxido de carbono y agua. Es el más limpio de los combustibles fósiles, sin embargo, la provisión disponible no es ilimitada. Se espera que las reservas mengüen durante los próximos 30 años, sobre todo si nuestra tasa de uso sigue aumentando.


Petróleo: hidrocarburos líquidos

El petróleo es una mezcla líquida en extremo compleja de compuestos orgánicos. Los depósitos de petróleo casi siempre están asociados a gas natural, una parte del cual, o todo se hace pasar por un proceso de separación. Los principales componentes del petróleo son los hidrocarburos, los cuales son en su mayor parte alcanos, pero algunos son compuestos cíclicos. El petróleo también contiene cantidades variables de azufre, nitrógeno y oxígeno.

Ya vimos que el carbón es primordialmente de origen vegetal. Indicios recientes sugieren que el petróleo es de origen animal. Lo más probable es que se forme principalmente a partir de las grasas de animales microscópicos que viven en el océano, porque casi siempre se encuentra en rocas sedimentarias de origen oceánico. Las grasas están constituidas principalmente por carbono e hidrógeno, con un poco de oxígeno. La eliminación del oxígeno y un pequeño reacomodo de los átomos de carbono e hidrógeno de estas grasas producen moléculas de hidrocarburos típicos como los que contiene el petróleo.


El petróleo crudo es un líquido oscuro de olor fuerte, menos denso que el agua e insoluble en ella. Se compone de una mezcla de varios centenares de hidrocarburos, compuestos formados solo por átomos de carbono e hidrógeno. Aparte de los hidrocarburos tiene también, aunque en pequeñas proporciones, moléculas que poseen átomos de azufre, oxígeno, nitrógeno y otros elementos.


Refinación del petróleo

Una vez que el petróleo es extraído desde los pozos, se pasa a unos depósitos especiales en donde se lo separa del agua y otros sedimentos que lo acompañan. Luego, el petróleo crudo, sin refinar, se envía a la refinería por medio de oleoductos para someterlo a una destilación en la planta de fraccionamiento.

La torre de fraccionamiento que destila el petróleo crudo es un equipo de destilación gigantesco. A medida que comienza el calentamiento, las moléculas empiezan a absorber esta energía y a moverse con mayor rapidez; las más pequeñas, con menos átomos de carbono, por tener una menor superficie de contacto, tienen menor interacción con las moléculas vecinas y se evaporan a menor temperatura, es el caso del gas, la gasolina y la parafina; luego siguen las más pesadas, que necesitan un mayor temperatura, como es el caso del diesel y así sucesivamente. (ver fig. 1)


Refinado del petróleo

La primera etapa en el refinado del petróleo crudo consiste en separarlo en partes, o fracciones, según la masa molecular. El crudo se calienta en una caldera y se hace pasar a la columna de fraccionamiento, en la que la temperatura disminuye con la altura. Las fracciones con mayor masa molecular (empleadas para producir por ejemplo aceites lubricantes y ceras) sólo pueden existir como vapor en la parte inferior de la columna, donde se extraen. Las fracciones más ligeras (que darán lugar por ejemplo a combustible para aviones y gasolina) suben más arriba y son extraídas allí. Todas las fracciones se someten a complejos tratamientos posteriores para convertirlas en los productos finales deseados.


La bencina

El automóvil ha llegado a ser parte indispensable en la vida moderna gracias a su velocidad, autonomía y facilidad de uso desplazó a los otros medios de transporte.

En el mundo circulan actualmente alrededor de 430 millones de automóviles. Como era de esperarse, los químicos se vieron en la necesidad de transformar otros derivados del petróleo de menor demanda, en bencina. Los procedimientos utilizados para este fin son el cracking y la isomerización.

Cracking, consiste en el calentamiento, a altas temperaturas, de los aceites pesados de cadena larga, que contiene el petróleo, a fin de provocar la fragmentación de las cadenas, dando origen a otras más pequeñas. El cracking se ha mejorado al incorporarle catalizadores como óxido de aluminio (Al2O3). El Catalizador aumenta la velocidad de una reacción química pero no se consume en ella.

Isomerización, es la reorganización de las cadenas de carbono lineales en otras ramificadas a través del uso de la temperatura y de catalizadores. Con este procedimiento mejora la calidad de la bencina.

Tabla 1 “Fracciones representativas del petróleo”





¿Qué es el octanaje de la bencina?

Los hidrocarburos lineales se queman con mucha rapidez originando detonaciones que pueden dañar al motor, mientras que los ramificados tienen una combustión más adecuada. Para medir las cualidades antidetonantes de una bencina se usa el índice de octano. Al hidrocarburo isooctano, se le asigna un valor de 100 y al heptano, un valor de 0. Con estos dos compuestos se construye una escala de octanaje. Así, una bencina formada por 95 partes de isooctano y 5 partes de heptano tendrá un octanaje de 95, cualquier mezcla de hidrocarburos que posea características similares a esta será de 95 octanos.

El petróleo: más que un combustible

Del petróleo que se consume en mundo, el 91,5% se quema para usarlo como combustible y solo el 8,5% queda para obtener otros productos útiles.

Hace un poco más de un siglo, todos los elementos que se usaban en nuestra sociedad se hacían a partir de los materiales que proporcionaba la naturaleza, como por ejemplo la piedra, la madera, los metales, la arcilla, el vidrio, el algodón el lino o la seda. Los colorantes, perfumes, medicamentos eran extraídos generalmente de vegetales.


Los procesos desarrollados por la química durante este tiempo, como el conocimiento de la estructura atómica, la formación de enlace entre los átomos, la estructura de las moléculas y la forma en que se producen las reacciones, han proporcionado los químicos las herramientas para construir una cantidad ilimitada de productos nuevos. Se puede obtener prácticamente “cualquier cosa” a partir de las moléculas del petróleo: medicamentos, perfumes, colorantes, plásticos, adhesivos, explosivos, detergentes, plaguicidas y muchos otros.

El petróleo, un recurso no renovable

El desarrollo económico de los países industrializados está ligado al uso de la energía. Durante más de 60 años, la Revolución industrial se basó en el carbón para obtener la energía necesaria e impulsar así su maquinaria productiva. Años más tarde, en 1948, el petróleo vino a ocupar su lugar.

Además del aumento de la producción, en este período, la población aumentó en tres veces. Todo esto ha llevado a un aumento de 10 veces en el uso de la energía en todas sus formas.
Desgraciadamente, sabemos que el petróleo es un recurso no renovable, se demora millones de años en producirse.

En el año 1990 se estimaba que las reservas de petróleo eran de 1.005 billones de barriles (1012 barriles), mientras que le consumo diario, en todo mundo, se calcula en 63 millones de barriles (6,3. 107barriles). De acuerdo con estos datos tendríamos petróleo para 43 años más. (nota: cada barril contiene 160 litros)

El petróleo es la principal fuente de energía del mundo; ocupa casi el 40% de los requerimientos, otro 26 % corresponde al carbón, 21% al gas natural y el 13 % restante a la hidroelectricidad y energía nuclear.
Las reservas de gas natural se estiman en una cantidad similar a las del petróleo, no así las de carbón que es el más abundante de los combustibles fósiles. Se piensa que hay entre 20 y 40 veces más carbón que petróleo, por lo que no es de extrañar que se intente buscar la forma de usarlo como sustituto del petróleo.
Tanto el carbón, como el petróleo y el gas natural, cuando se queman en presencia del oxígeno del aire, producen dióxido de carbono y agua:

Tenemos entonces un doble problema: nos falta más petróleo para el futuro. Por otra parte, hay una creciente inquietud por la producción de CO2, uno de los principales gases de invernadero, sin contar con otros gases de combustión como los óxidos de nitrógeno y de azufre que causan la lluvia ácida.

Empresa Nacional de Petróleo, ENAP

El 29 de Diciembre de 1945, fluyó por primera vez, desde el pozo de Springhill, en Tierra del Fuego, el primer chorro de petróleo. Y cinco años más tarde, el 19 de Junio de 1950, el Presidente Gabriel González Videla promulgó la Ley 9.618 que creó la Empresa Nacional del Petróleo, ENAP. El gobierno de la época estableció la dependencia de ENAP en la Corporación de Fomento de la Producción (Corfo), con personalidad jurídica independiente del Estado.

Con medio siglo de vida cumplido, ENAP tiene un fuerte arraigo en varias regiones de Chile y abastece más del 85% de la demanda de combustibles del país. En este tiempo ENAP ha mantenido el liderazgo en el campo energético nacional, motivo suficiente para estimar que se ha transformado en un importante motor del desarrollo económico y social de Chile.

V.G.Z

17 oct 2008

4. Presentación suelo (Módulo común)

El Suelo
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12 oct 2008

3. El Suelo: Formación estructura y contaminación (Módulo común)

EL SUELO

A la capa fina de material fértil que cubre la superficie terrestre se le conoce comúnmente con el nombre de suelo. Es un agregado de minerales y de partículas orgánicas, producidas por la acción combinada del viento, el agua y los procesos de desintegración orgánica.
Las ciencias que estudian los suelos son:
GEOLOGÍA. Campo de la ciencia que se interesa por el origen del planeta Tierra, su historio, su forma, la materia que lo configura y los procesos que actúan o han actuado sobre él.
EDAFOLOGÍA. Ciencia que estudia las características de los suelos, su formación, su evolución, sus propiedades físicas, morfológicas, químicas y mineralógicas y su distribución. También comprende el estudio de las aptitudes de los suelos para la explotación agraria o forestal.
PEDOLOGÍA. Ciencia que estudia la tierra apta para el cultivo.

El suelo es un recurso natural que se ha formado a través de miles de años, conjuntamente con los procesos geomorfológicos, es decir, la evolución natural de la litósfera.

¿Cómo ocurre la formación de la parte mineral del suelo?

La parte mineral de todos los suelos procede de las rocas y se origina por las transformaciones físicas, químicas y biológicas de ellas.
La desintegración progresiva de las rocas ocurre por la acción de agentes físicos de erosión como el agua, el viento y los cambios de temperatura. El agua al correr entre las fisuras de las rocas, va disolviendo y transportando sus minerales más solubles. El viento desprende y levanta pequeños trozos de rocas y las mueve hacia otros lugares. El calor que irradia el sol durante el día, hace que las rocas se dilaten, mientras que en la noche, se enfrían y se contraen. Con este cambio de temperatura, las rocas se agrietan y se rompen en trozos más pequeños.

Los agentes químicos como el agua, el dióxido de carbono y el oxígeno también producen la desintegración de las rocas. Estos agentes se infiltran en el terreno para producir cambios químicos como la oxidación entre otros, formando nuevos compuestos que hacen variar la composición de los suelos.
Hay una gran cantidad de organismos microscópicos (bacterias y hongos) o macroscópicos (insectos), todos llamados agentes biológicos, que ejercen su acción formadora del suelo. Las raíces de los árboles que rompen las rocas al crecer entre ellas ; los musgos y líquenes que secretan sustancias capaces de disolver parte de las rocas y fragmentarlas. (ver siguiente figura)

¿Cómo se forma la parte orgánica del suelo?

En el suelo, además de minerales existen organismos y materia orgánica en descomposición tanto de hojas y ramas como de heces y cadáveres de animales. Estos restos orgánicos se distribuyen en la superficie del suelo y se van descomponiendo lentamente hasta formar el humus, un residuo negro que se va mezclando con la fracción mineral para dar origen al suelo.


En resumen, el suelo está compuesto de materia mineral y orgánica. Por su naturaleza porosa deja que penetre el agua y aire en cantidades variables. El componente líquido de los suelos, denominado por los científicos solución del suelo, es sobretodo agua con varias sustancias minerales en disolución, cantidades grandes de oxígeno y dióxido de carbono disueltos. La solución del suelo es muy compleja y tiene importancia primordial al ser el medio por el que los nutrientes son absorbidos por las raíces de las plantas. Cuando la solución del suelo carece de los elementos requeridos para el crecimiento de las plantas, el suelo es estéril.

Los principales gases contenidos en el suelo son el oxígeno, el nitrógeno ny el dióxido de carbono. El primero de estos gases es importante para el metabolismo de las plantas porque su presencia es necesaria para el crecimiento de varias bacterias y de otros organismos responsables de la descomposición de la materia orgánica. La presencia de oxígeno también es vital para el crecimiento de las plantas ya que su absorción por las raíces es necesaria para sus procesos metabólicos. (ver tabla 1)

TABLA 1: “ Distribución de los componentes del suelo en % de volumen”

FORMACIÓN DEL SUELO

La formación del suelo es un proceso en el que las rocas se dividen en partículas menores mezclándose con materia orgánica en descomposición. El lecho rocoso empieza a deshacerse por los ciclos hielo-deshielo, por la lluvia y por otras fuerzas del entorno.
(ver figura 3) (I) El lecho se descompone en la roca madre que, a su vez, se divide en partículas menores. (II) Los organismos de la zona contribuyen a la formación del suelo desintegrándolo cuando viven en él y añadiendo materia orgánica tras su muerte. Al desarrollarse el suelo, se forman capas llamadas horizontes. (III) El horizonte A, más próximo a la superficie, suele ser más rico en materia orgánica, mientras que el horizonte C contiene más minerales y sigue pareciéndose a la roca madre. Con el tiempo,el suelo puede llegar a sustentar una cobertura gruesa de vegetación reciclando sus recursos de forma efectiva. (IV) En esta etapa, el suelo puede contener un horizonte B, donde se almacenan los minerales lixiviados.

Figura 3.



Los componentes primarios del suelo son: 1) compuestos inorgánicos, no disueltos, producidos por la meteorización y la descomposición de las rocas superficiales; 2) los nutrientes solubles utilizados por las plantas; 3) distintos tipos de materia orgánica, viva o muerta y 4) gases y agua requeridos por las plantas y por los organismos subterráneos.




ESTRUCTURA DEL SUELO

El suelo está formado por partículas de diferente tamaño, producto de la fragmentación de las rocas.
De acuerdo al diámetro y en orden decreciente, las partículas se clasifican en: arcilla, limo, arena, gravas y guijarros. (ver tabla 2)

TABLA 2: “Clasificación de las partículas del suelo”


Las partículas del suelo se distribuyen en cuatro capas, a distintos niveles de profundidad, denominadas horizontes y se designan con las letras A,B,C y R. Al conjunto lo llamamos perfil del suelo. El perfil del suelo se origina a partir de la roca madre: fragmentos de diferentes tamaños se van depositando sobre ella y en la parte superior se mezcla con el humus. (ver figura 4)Figura 4.

Horizonte A. Es la primera capa y en ella se acumula la materia orgánica y se forma el humus.
Horizonte B. Es fundamentalmente de origen mineral, sin embargo también se encuentran sustancias orgánicas.
Horizonte C. Está formado por el resto de roca fragmentaria proveniente de la disgregación física de la roca madre.
Horizonte R. Es la capa más profunda y está formada por la roca madre, que da origen a los demás horizontes.

TIPOS DE SUELOS

Los suelos muestran gran variedad de aspectos, fertilidad y características químicas en función de los materiales minerales y orgánicos que lo forman. El color es uno de los criterios más simples para calificar las variedades del suelo. La regla general, aunque con excepciones, es que los suelos oscuros son más fértiles que los claros. La oscuridad suele ser resultado de la presencia de grandes cantidades de humus. A veces, sin embargo, los suelos oscuros o negros deben su tono a la materia mineral o a la humedad excesiva; en estos casos, el color oscuro no es un indicador de fertilidad.
Considerando los materiales que predominan en su composición los suelos pueden ser: rocosos, arenosos, arcillosos y orgánicos.

Rocosos. No tienen horizonte A ni B, por lo que la roca aparece en la superficie. Son duros e impermeables, por lo cual aparecen secos.

Arenosos. Debido a que sus partículas están muy sueltas, son suelos porosos y permeables que dejan pasar el agua con facilidad, pero no retienen la humedad.

Arcillosos. Tienen una textura blanda, más compactos que los arenosos, son menos permeables y retienen la humedad.



Orgánicos. Poseen materia orgánica en abundancia, son permeables y esponjosos, por lo que retienen una cantidad de humedad que los hace especialmente fértiles.


PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO

1. Textura del suelo.
El suelo está constituido por partículas de muy diferentes tamaños. Conocer esta granulometría es esencial para cualquier estudio del suelo. Para clasificar a los constituyentes del suelo según su tamaño de partícula, se han establecido muchas clasificaciones granulométricas, básicamente todas aceptan los términos de grava, arena, limo y arcilla.

2. Porosidad del suelo.
Representa el porcentaje total de huecos que hay entre el material sólido de un suelo. Es un parámetro importante porque de él depende el comportamiento del suelo frente a las fases líquida y gaseosa, y por tanto, vital para la actividad biológica que pueda soportar.

3. Estructura del suelo.
Las partículas del suelo no se encuentran aisladas, forman unos agregados estructurales que se llaman peds, estos agregados (o terrones) por repetición dan el suelo. Los agregados están formados por partículas individuales (minerales, materia orgánica y huecos) que le confiern al suelo una determinada estructura.

4. Color de los suelos.
Es una propiedad muy utilizada al estudiar los suelos, pues es fácilmente observable y a partir de él se pueden deducir rasgos importantes. Puede ser homogéneo para un horizonte o presentar manchas. Los colores más comunes son:

· Color oscuro o negro. Normalmente debido a la materia orgánica.
· Color blancuzco. Debido a los carbonatos o al yeso.
· Colores pardos amarillentos. Óxidos de hierro hidratados y unidos a la arcilla y a la materia orgánica.
· Colores rojos. Contienen óxidos férricos y se encuentran en lugares cálidos con estaciones de intensa y larga sequía.
· Colores grises y rojos/pardos. Se debe a los compuestos ferrosos y férricos.
· Colores grises verdosos/azulados. Compuestos ferrosos y cuprosos.

5. Permeabilidad del suelo.
Representa la facilidad de circulación del agua en el suelo. Es un parámetro muy importante que influirá en la actividad biológica que puede soportar un suelo. Está condicionada fundamentalmente por la textura y la estructura.

6.Acidez del suelo.
Mide la concentración de iones hidrógeno.
Influye en las propiedades físicas y químicas del suelo, los pH neutros son los mejores para el desarrollo más óptimo de un suelo, también influye el pH en la asimilación de nutrientes del suelo, ya que determinados nutrientes se pueden bloquear en determinadas condiciones de pH. Alrededor de pH 6 - 7,5 son las mejores condiciones para el desarrollo de las plantas.
Los factores que hacen que el suelo tenga un determinado valor de pH son diversos, fundamentalmente:
· Naturaleza del material original. Según que la roca sea de reacción ácida o básica.
· Factor biótico. Los residuos de la actividad orgánica son de naturaleza ácida
· Precipitaciones. Tienden a acidificar el suelo.



“CONTAMINACIÓN DEL SUELO”

Los procesos de degradación del suelo

Los suelos no son sistemas estáticos y así como existen procesos asociados a la génesis de los distintos tipos de suelos, los hay también, asociados a su degradación. Los principales son: desertificación, erosión, contaminación y salinización. Aun cuando todos son procesos que pueden ocurrir espontáneamente en la naturaleza, la intervención del hombre en los diversos ecosistemas ha acelerado de manera extrema algunos de estos procesos. Desertificación: Es la degradación de las tierras áridas, semiáridas y subhúmedas secas, debido a cambios climáticos o al efecto del hombre. Este proceso se caracteriza por la pérdida progresiva de la calidad y potencialidad biológica del suelo.Erosión: Es la pérdida de la capa superficial del suelo debido a la lluvia o al viento. Se trata de un proceso natural que es parte de la remodelación del paisaje. La intervención humana puede intensificar el proceso conduciendo a la perdida total del suelo fértil.Contaminación: Corresponde a la incorporación al suelo de sustancias extrañas a este, sean perjudiciales o neutras. Estas sustancias pueden alterar las propiedades físicas y químicas del suelo, así como su fertilidad y capacidad de soportar la vida. Los agroquímicos, los desechos mineros, las fosas sépticas, entre otros factores, contribuyen a este proceso. Salinización: Este es un proceso en ocasiones natural, cuando los cursos de agua disponibles contienen altas concentraciones de sal o las tierras corresponden a lechos de antiguos lagos donde la sal presente en el agua se concentró al evaporarse esta última. Este proceso imposibilita el desarrollo de plantas alterando toda la cadena trófica.

La degradación del suelo, pérdida de calidad y cantidad de suelo, puede deberse a varios procesos: erosión, salinización, contaminación, drenaje, acidificación y pérdida de la estructura del suelo, o a una combinación de ellos.
El proceso de degradación más importante es la pérdida de suelo por acción del agua, el viento y los movimientos masivos o, más localmente, la acción de los vehículos y el pisoteo de humanos y animales; es decir por la acción de los procesos erosivos. Aunque sólo es grave en algunas áreas, sus efectos acumulativos y a largo plazo ofrecen abundantes motivos para la preocupación. La pérdida de las capas u horizontes superiores, que contienen materia orgánica y nutrientes, y el adelgazamiento de los perfiles del suelo reduce el rendimiento de las cosechas en suelos degradados. La deforestación es la causa principal de la pérdida de protección del suelo y actúa como un detonador del comienzo de los diferentes procesos erosivos.
La salinización es una concentración anormalmente elevada de sales, por ejemplo de sodio, en el suelo, debida a la evaporación. Se observa a menudo asociada a la irrigación y conduce a la muerte de las plantas y a la pérdida de estructura del suelo.
Causas frecuentes de contaminación son los residuos de las granjas y el cieno de las aguas residuales, que pueden contener concentraciones elevadas de metales pesados. Los suelos también se han visto contaminados por isótopos radiactivos procedentes de las pruebas nucleares. La contaminación puede deberse también a otros residuos químicos, a subproductos de procesos industriales, o al exceso de abonos químicos o plaguicidas en la agricultura.
Algunos suelos son naturalmente ácidos, pero también pueden acidificarse por la acción de la lluvia ácida o de la deposición en seco de gases y partículas ácidas. La lluvia ácida tiene un pH inferior a 5,6. La principal causa atmosférica de la acidificación es la creciente presencia en ésta de óxidos de azufre y nitrógeno emitidos por la quema de combustibles fósiles, como ocurre en las centrales térmicas.
La pérdida de materia orgánica debida a la erosión y a la oxidación degrada el suelo y, en especial, su valor como soporte para el cultivo. La pérdida de materia orgánica reduce también la estabilidad de los agregados del suelo que, bajo el impacto de las precipitaciones, pueden dispersarse. Este proceso puede llevar a la formación de una corteza sobre el suelo que reduce la infiltración del agua e inhibe la germinación de las semillas.
La perdida de estructura por parte del suelo puede deberse a la pérdida de materia orgánica, a la compactación producida por la maquinaria agrícola y el cultivo en estaciones húmedas, o a la dispersión de los materiales en el subsuelo.


Las tres R de la basura: “reducir, reutilizar y reciclar”

Los residuos sólidos se separan en cuatro categorías: residuos agrícolas, industriales, comerciales y domésticos. Los residuos comerciales y domésticos suelen ser materiales orgánicos, ya sean combustibles, como papel, madera y tela, o no combustibles, como metales, vidrio y cerámica. Los residuos industriales pueden ser cenizas procedentes de combustibles sólidos, escombros de la demolición de edificios, productos químicos, pinturas y escoria; los residuos agrícolas suelen ser estiércol de animales y restos de la cosecha.
Un habitante de una ciudad en un país industrializado y rico puede producir hasta 875 kg de basura doméstica en un año. La basura doméstica es a menudo una mezcla de objetos que pueden ser reutilizables o reciclados (como periódicos y latas) y material no reciclable (como viejos aparatos electrodomésticos y envases de plástico). Debido a la escasez de terrenos para los vertederos de basuras, muchas ciudades han adoptado programas de recogida selectiva en los que la gente tiene que separar de sus residuos los componentes aprovechables antes de transportar el resto al vertedero de basura.
Existen varias formas de atacar el problema de nuestra basura, a fin de ahorrar la máxima cantidad de energía y proteger el medio ambiente.
El mejor medio para resolver el problema de nuestros residuos sólidos es reducir la cantidad de materiales desechables que se producen. La segunda mejor opción es la reutilización de los materiales, hacer un artículo lo suficientemente durable para soportar un uso repetido, en vez de proyectarlo para un solo uso al cabo del cual deberá desecharse. Y la tercera forma de reducir el volumen de desperdicios consiste en reciclarlos, el reciclaje requiere energía, y parte del material se pierde inevitablemente, pero se ahorran materiales.


Métodos de eliminación de la basura

En el pasado, la mayor parte de los residuos sólidos se arrojaban simplemente en tiraderos al aire libre. Estos lugares se infestaban de ratas,moscas y otras plagas, la combustión al aire libre causaba una contaminación al aire muy molesta.
Hoy en día, el método principal de eliminación es el relleno sanitario. La basura y los rellenos se apilan en una zanja, se apisonan y se cubren. Esto elimina el problema de ratas, moscas y malos olores. Sin embargo los rellenos sanitarios tienen fugas y ocasionan contaminación de las aguas subterráneas. Y los materiales depositados en rellenos sanitarios se descomponen mucho más lentamente de lo que se pensaba, sin agua ni oxígeno, los microorganismos son incapaces de llevar a cabo procesos normales de descomposición.

Otro método de eliminación de residuos sólidos es la incineración. Los incineradores convencionales son hornos en los que se queman los residuos; los gases de la combustión y los sólidos que permanecen se queman en una segunda etapa. Los materiales combustibles se queman en un 90%. Además de generar calor, utilizable como fuente energética, la incineración genera dióxido de carbono, óxidos de azufre y nitrógeno y otros contaminantes gaseosos, cenizas volátiles y residuos sólidos sin quemar. La emisión de cenizas volátiles y otras partículas se controla con filtros y lavadores.
Otro método utilizado es la elaboración de fertilizantes o fabricación de abono orgánico. Los residuos del jardín pueden compactarse y emplearse como fertilizante. Para fabricar abono orgánico se disponen por capas en un cajón, sin apretarlos demasiado con el fin de que el aire pueda circular. Se añade nitrógeno a la pila en forma de estiércol, aserrín o plantas, para generar calor. El calor facilita la putrefacción y elimina los organismos no deseados. Después de humedecer la pila, se tapa. El calor se va acumulando y los residuos se descomponen convirtiéndose en abono orgánico rico en nutrientes, que después se emplea como fertilizante.
La elaboración de fertilizantes o abonos a partir de residuos sólidos consiste en la degradación de la materia orgánica por microorganismos aeróbicos. Primero se clasifican los residuos para separar materiales con alguna otra utilidad y los que no pueden ser degradados, y se entierra el resto para favorecer el proceso de descomposición. El humus resultante contiene de un 1 a un 3% de nitrógeno, fósforo y potasio, según los materiales utilizados. Después de tres semanas, el producto está preparado para mezclarlo con aditivos, empaquetarlo y venderlo.

V.G.Z

2. El Suelo: Rocas (Módulo común)

ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA TIERRA

La Tierra tiene aproximadamente 40.000 Km de circunferencia, con un área total de 500 millones de kilómetros cuadrados. Se divide en tres regiones principales: el núcleo, el manto y la corteza (ver figura 1). Se piensa que el núcleo terrestre se compone en gran parte de hierro (Fe) con algo de Níquel (Ni). Puesto que el núcleo terrestre no es accesible, y como no parece probable que algún día lo sea, no lo consideraremos como fuente de materiales.
Estas 3 regiones que forman la Tierra son esferas concéntricas que se generaron como producto del enfriamiento paulatino del planeta. La más externa de estas esferas es la litósfera o corteza terrestre.
La litósfera, con un espesor medio de 35 kilómetros, está constituida, como su nombre lo dice, por rocas, siendo los componentes principales de éstas, el silicio y el oxígeno.

Las capas más internas, jamás han sido estudiadas directamente y su conocimiento indirecto deriva de análisis geológicos, perturbaciones magnéticas y del estudio del cambio de la velocidad de propagación de las ondas sísmicas o discontinuidad sísmica. Es este último tipo de aproximación, el que ha mostrado que existirían dos importantes discontinuidades, una superficial a unos 30 a 40 kilómetros de profundidad bajo los continentes (8 a 10 kilómetros bajo los océanos), que marcaría el límite inferior de la corteza terrestre y una segunda discontinuidad, a unos 2.900 kilómetros de profundidad, que marcaría el límite inferior del manto. Bajo esta última, se ubican el núcleo externo y finalmente el núcleo interno. Según la información de que se dispone, se considera que el núcleo interno es sólido y está formado por compuestos de hierro, mientras que el núcleo externo estaría constituido por material parcialmente fundido. Por sus componentes, se considera al núcleo como responsable del campo magnético de la tierra.
Figura 1: Estructura de la Tierra


Desde los comienzos de la historia de nuestro planeta, éste está compuesto de diversas capas que se formaron mientras los materiales pesados gravitaban hacia el centro y los más ligeros salían a la superficie. Entre algunas de las capas se producen cambios químicos o estructurales que provocan discontinuidades. Los elementos menos pesados, como silicio, aluminio, calcio, potasio, sodio y oxígeno, componen la corteza exterior.


El manto está formado principalmente de silicatos, esto es, de compuestos de silicio y oxígeno con diversos metales. Aunque quizá algún día podamos llegar al manto, es probable que contenga pocos materiales útiles que no estén disponibles en la corteza terrestres, más accesible.



La corteza terrestre es la capa sólida externa de la Tierra, a la que solemos llamar litosfera. La hidrosfera es la parte que contiene agua, constituida por los océanos, mares, lagos, ríos,etc. La atmósfera es el aire que rodea al planeta. La litosfera tiene un espesor de alrededor de 35 Km bajo los continentes y de unos 10 Km bajo los océanos. El extenso muestreo que se ha llevado a cabo ha permitido a los científicos estimar la composición elemental de la porción exterior de la Tierra. Consideremos una muestra al azar de 10. 000 átomos. De estos más de la mitad (5.330) serían de oxígeno. Este elemento está presente en la atmósfera en forma de oxígeno molecular (O2), en la hidrosfera en combinación con hidrógeno en forma de agua, y en la litosfera combinado con silicio (la arena pura es principalmente SiO2) y diversos elementos más.

El elemento que ocupa el segundo lugar en abundancia en la corteza terrestre es el silicio (Si). De los 10.000 átomos de nuestra muestra, 1.590 serían de silicio. El hidrógeno ocuparía la tercera posición con 1.510 átomos, la mayor parte de los cuales estarían combinados con oxígeno en el agua. El hidrógeno es un elemento tan ligero (el más ligero de todos) que constituye sólo el 0,9% de la corteza terrestre en masa. En la siguiente tabla se muestran los nueve elementos más abundantes junto con el número de átomos que contendría nuestra muestra de 10.000 átomos. Estos nueve elementos harían un total de 9630 átomos, lo cual deja sólo 370 átomos para todos los demás elementos. No obstante, entre estos elementos poco abundantes en nuestro planeta se cuentan algunos que son muy importantes, como el carbono, el nitrógeno y el fósforo.

TABLA 1: “ Composición de la superficie terrestre”





LA LITOSFERA: EL SUELO EN EL QUE CAMINAMOS

La parte de nuestro entorno que constituye la tierra sólida bajo nuestros pies es lo que conocemos con el nombre de litosfera. La litosfera suministra casi todos los materiales que usamos como alimento, vestido, abrigo, soporte y entretenimiento. Aunque la mayor parte de la Tierra es sólida, sólo tenemos acceso a una pequeña región cercana a la superficie. El pozo más profundo que se ha perforado alguna vez tiene sólo 8 Km de profundidad, y la mina más profunda penetra entre 3 y 4 Km en el interior de la Tierra. En comparación, nuestro planeta tiene un radio de 6370 Km.
La litosfera contiene principalmente rocas y minerales. Entre estos destacan los minerales de silicatos (compuestos de metales con silicio y oxígeno), minerales de carbonatos (minerales combinados con carbono y oxígeno), minerales de óxidos (metales combinados con oxígeno) y minerales de sulfuros (metales combinados sólo con azufre). Miles de estos compuestos minerales constituyen la porción inorgánica de la corteza sólida.
Aunque en cantidad es muchísimo más pequeña, la porción orgánica de las capas externas de la Tierra incluye a todas las criaturas vivas, sus productos de desecho y de descomposición, y los materiales fosilizados (como hulla, gas natural, petróleo y esquistos petrolíferos) que alguna vez fueron organismos vivos. Este material orgánico contiene siempre el elemento carbono, casi siempre tiene hidrógeno combinado, y suele contener oxígeno, nitrógeno y otros elementos.
(nota: esquistos son rocas metamórficas)


ROCAS Y CICLO DE LAS ROCAS

La palabra litosfera significa “esfera de rocas”. Las rocas son las estructuras fundamentales de la corteza terrestre, la parte sólida del planeta; así, la arena, el polvo y las piedras son considerados rocas.
Las rocas son materiales naturales constituidos por minerales, los cuales son compuestos inorgánicos que presentan una composición química definida. Ejemplos. El cuarzo SiO2 , la caliza CaCO3, el feldespato KAlSi3O8, las micas SiO4, etc. La combinación de minerales que tiene una roca depende del proceso geológico que la ha originado.
De acuerdo a su origen las rocas se clasifican en: ígneas, sedimentarias y metamórficas.

1.-Rocas ígneas o magmáticas.
Se originan a partir de un magma (rocas fundidas a muy alta temperatura). El término ígneo deriva del latín igneus, es decir, ardiente. Las rocas ígneas se solidifican cuando se enfría el magma, sea bajo tierra o en la superficie. Las más antiguas tienen al menos 3.960 millones de años, mientras que las más jóvenes apenas se están formando en estos momentos. El granito es la roca ígnea más corriente. Hay dos tipos de rocas ígneas que se distinguen, porque en un caso el magma alcanza la superficie terrestre antes de enfriarse y endurecerse, y en el otro no. El magma que cristaliza bajo tierra forma rocas ígneas intrusivas o plutónicas. El que alcanza la superficie antes de solidificarse forma las rocas ígneas extrusivas o volcánicas.
Rocas ígneas intrusivas. Las rocas ígneas que se forman en la profundidad se enfrían más lentamente que las formadas en superficie. Por lo que tienden a ser de grano más grueso y no contienen inclusiones gaseosas o de vidrio. Los grandes cristales normalmente se empaquetan de forma compacta, confiriendo un aspecto granuloso a la roca.
Rocas ígneas extrusivas . Si el magma alcanza la superficie terrestre antes de enfriarse, forma rocas ígneas extrusivas de grano fino, también llamadas rocas volcánicas, ya que el magma surge por los volcanes. Las rocas ígneas extrusivas tienen formas fluidas y cristales de poco tamaño que crecen rápidamente, y suelen contener inclusiones de vidrio y de gas.
Las rocas ígneas están compuestas esencialmente por silicatos, generalmente ortosa, plagioclasa, cuarzo, mica biotita, olivino, anfíboles y piroxenos. Cada tipo de roca ígnea contiene distinas proporciones de estos minerales.Las rocas ígneas se clasifican según la cantidad de sílice que contienen. También se pueden agrupar por le tamaño de los cristales. El tipo de magma , la forma en que viaja hasta la superficie y la velocidad de enfriamiento determinan la
composición y características como el tamaño del grano, la forma de los cristales y el color. El tamaño del grano indica si una roca ígnea es intrusiva (de grano grueso) o extrusiva de (grano fino). Un enfriamiento lento permite que los minerales tengan tiempo de desarrollar cristales bien formados. Un enfriamiento rápido sólo permite la aparición de cristales mal formados. El color puede ayudar a establecer la composición química de una roca. Las ácidas de color claro contienen más del 65 por ciento de sílice. Las básicas son oscuras, tienen un bajo contenido en sílice y una mayor proporción de minerales ferromagnesianos oscuros y densos como la augita. Las intermedias se sitúan entre las dos anteriores en cuanto a composición y, por lo tanto, también en color.

2.- Rocas sedimentarias.
Se forman en la superficie terrestre o cerca de ella. Normalmente, la roca se fragmenta y se disuelve por acción de la meteorización y la erosión, las partículas se sedimentan y los minerales disueltos cristalizan a partir del agua y forman sedimentos. Los componentes de la roca fragmentada son transportados por el agua y el hielo y, enterrados a poca profundidad, se convierten en nuevas rocas. Las rocas sedimentarias se disponen en capas, las más recientes situadas sobre las más antiguas, lo que permite a los geólogos conocer la edad relativa de cada capa. Las rocas sedimentarias suelen contener fósiles, que pueden ser de utilidad tanto para datar las rocas como para determinar su origen. El proceso que convierte los sedimentos no consolidados en roca se denomina litificación. A diferencia de las rocas metamórficas, las sedimentarias se forman cerca de la superficie terrestre, bajo presiones y temperaturas relativamente bajas. Los sedimentos más antiguos quedan enterrados bajo las nuevas capas y se van endureciendo gradualmente por la compactación y la cementación. La compresión que sufren esos sedimentos para formar rocas se denomina compactación. Existen tres grupos principales de rocas sedimentarias : orgánicas, detríticas y químicas.


Rocas sedimentarias orgánicas. Las rocas sedimentarias orgánicas se forman a partir de restos vegetales o animales. Por lo general contienen fósiles, y algunas están compuestas casi íntegramente de restos de seres vivos. Por ejemplo, el carbón se forma a partir de capas de material vegetal comprimido. La mayor parte de la piedra caliza procede de restos de criaturas marinas.

Rocas sedimentarias detríticas. Las rocas sedimentarias detríticas están constituidas por partículas de las rocas más antiguas que pueden estar situadas a cientos de kilómetros. Las rocas de origen se fragmentan debido a la lluvia, la nieve o el hielo, y las partículas resultantes son arrastradas y depositadas como sedimentos en desiertos, en playas o en los lechos de océanos, lagos y ríos. Las rocas detríticas se clasifican de acuerdo con el tamaño de las partículas que contienen. La arenisca es un ejemplo de roca sedimentaria detrítica.

Rocas sedimentarias químicas. Las rocas sedimentarias químicas se forman a partir de minerales disueltos en el agua. Cuando el agua se evapora o se enfría, los minerales disueltos pueden precipitar y formar depósitos que pueden acumularse con otros sedimentos o formar rocas por su cuenta. Las sales son un ejemplo habitual de rocas sedimentarias químicas.

3.- Rocas metamórficas
En la profundidad de la corteza terrestre, las temperaturas y las presiones son altísimas. Dentro de nuestro planeta, el grupo de minerales que compone una roca se puede transformar en otro que sea estable a presiones y temperaturas superiores. Las rocas situadas cerca de un cuerpo de magma caliente se pueden trasformar por la acción del calor. Las rocas que han sido enterradas a gran profundidad por la acción de placas tectónicas convergentes pueden transformarse por el aumento de la presión y de la temperatura. Ese cambio se denomina metamorfismo, un proceso que puede modificar cualquier tipo de roca, sea sedimentaria, ígnea o incluso metamórfica. Por ejemplo, la piedra caliza, que es sedimentaria, puede convertirse en mármol, y el basalto, que es ígneo se puede convertir en una roca verde, anfibolita o eclogita. Cuanto mayor sea la profundidad a la que esté enterrada una roca, más calor y mayor temperatura soportará. Con cada kilómetro de profundidad la temperatura aumenta unos 25°C y la presión, unas 250 atmósferas. El aumento de la temperatura y de la presión puede transformar las rocas en dos aspectos: pueden cambiar el conjunto de los minerales presentes en la roca preexistente y formar un conjunto nuevo, y también pueden
cambiar el tamaño, la forma y la disposición de los cristales en la roca. Ambos procesos pueden causar la destrucción de los cristales preexistentes y generar cristales nuevos por recristalización. El metamorfismo tiene lugar con temperaturas de 250 a 800°C; con temperaturas superiores a 650°C, las rocas se pueden fundir para formar magma.
Las rocas metamórficas presentan una serie de características comunes. El análisis de la estructura, el tamaño del grano y el contenido mineral puede ayudar a clasificar estas rocas. El tamaño de los cristales refleja el grado de calor y presión al que se ha expuesto la roca. En general, cuanto más altas hayan sido la presión y la temperatura, mayores serán los cristales. Por ejemplo, la pizarra, que se forma bajo poca presión, es de grano fino; el esquisto, que se forma temperaturas y presiones moderadas, es de grano medio; y el gneis, formado a altas temperaturas y presiones, es de grano grueso.
Una roca ígnea puede ser meteorizada y erosionada originando sedimentos que más tarde conformarán una roca sedimentaria. Estas rocas sedimentarias a su vez pueden enterrarse a gran profundidad y ser transformadas por el efecto del calor y la presión en rocas metamórficas.


Las rocas se pueden transformar de una en otra, mediante un proceso natural llamado ciclo de las rocas. Los principales factores que influyen en este ciclo son los cambios de temperatura y presión. (ver figura 2)


Figura 2: Ciclo de las rocas

El ciclo de las rocas ilustra la transformación de cada uno de los tres tipos básicos de rocas (ígneas, sedimentarias y metamórficas) en alguno de los otros dos o incluso de nuevo en su mismo tipo. Los sedimentos compactados y cementados forman rocas sedimentarias que, por efecto del calor y la presión, se transforman en metamórficas; los materiales fundidos y solidificados forman las rocas ígneas.


V.G.Z

11 oct 2008

1. El Agua (Módulo común)

“EL AGUA”


El agua es, sin duda,uno de los componentes principales de la biosfera, se le encuentra ampliamente distribuida y cubre algo más del 70% de la superficie de nuestro planeta. Cerca del 95% de ella se encuentra como agua salada formando parte de los océanos (aguas oceánicas), mientras que el agua dulce continental no supera el 5% en promedio (aguas continentales). La mayor parte del agua dulce se encuentra congelada en los polos, mientras que sólo un 1% del agua de la Tierra se encuentra disponible en forma líquida, distribuyéndose en ríos, lagos y napas subterráneas. (ver fig. 1)
















Fig. 1

Aunque te resulte sorprendente sólo un 1% de toda el agua que existe en el planeta está disponible para ser utilizada por nosotros y su distribución a nivel global es bastante heterogénea existiendo extensas zonas del planeta que presentan problemas de disponibilidad de agua potable actualmente. Esta situación probablemente se verá agravada por el calentamiento global y la contaminación de napas subterráneas y otras fuentes de agua de beber. Según algunos estudios del tema, en un futuro no lejano el acceso a agua limpia para beber podría ser causa de conflictos tan serios como los que se presentan por el acceso a recursos energéticos. Si lo llevamos a la vida cotidiana, piensa que una familia promedio gasta 25.000 litros de agua cada mes de los que sólo el 5% son destinados a beber y cocinar, el resto es gastado en nuestra higiene personal, lavado riego, etc. Te parecerá increíble pero el 40% de toda el agua que utilizas en tu hogar se gasta cada vez que descargas el estanque de tu inodoro. Sería bueno que reflexionaras respecto de estos números y pensaras cómo puedes ayudar a ahorrar agua.

El agua pura es un líquido inodoro e insípido. Tiene un matiz azul, que sólo puede detectarse en capas de gran profundidad A la presión atmosférica (760 mm de mercurio) y a nivel del mar, el punto de congelación del agua es de 0°C y su punto de ebullición de 100°C, alcanzando su máxima densidad a una temperatura de 4°C y se expande al congelarse.

El agua es la única sustancia que existe a temperaturas ambientales en los tres estados de la materia, a sea, sólido, líquido y gas. Como sólido o hielo se encuentra en los glaciares y los casquetes polares, así como en las superficies de agua en invierno; también se le puede encontrar en forma de nieve, granizo y escarcha, y en las nubes formando cristales de hielo.En estado líquido está presente en las nubes formadas por gotas de agua y en forma de rocío sobre la vegetación. Además cubre las tres cuartas partes de la superficie terrestre en forma de pantanos, lagos, ríos, mares y océanos. Como gas o vapor de agua, existe en forma de niebla, vapor y nubes.


NATURALEZA QUÍMICA DEL AGUA


Hacia fines del siglo XVII, el agua era considerada un elemento, es decir, una sustancia formada por una sola clase de átomos. Sin embargo, en 1781, el químico inglés Henry Cavendish (1731-1810), demostró que el agua se formaba durante la combustión del gas hidrógeno. Cavendish afirmaba: si el hidrógeno arde es porque reacciona con el oxígeno del aire formando el agua. En 1800 dos químicos ingleses, de apellidos Nicholson y Carlisle, realizaron la electrólisis del agua, es decir, descompusieron el agua en hidrógeno gaseoso y oxígeno gaseoso haciendo pasar por ella una corriente eléctrica. El agua por tanto, está formada por hidrógeno y oxígeno. Ahora bien, como las propiedades del agua son distintas a las de los gases hidrógeno y oxígeno, el agua no es una mezcla, es un compuesto.



El agua es una sustancia química constituida por moléculas, cada una de ellas formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno central unidos por enlaces covalentes, formando un ángulo de 105 grados, lo que le confiere una geometría angular. (fig. 2)

Debido a la diferencia de tamaño y de electronegatividad de los átomos de hidrógeno y oxígeno, la molécula de agua es una molécula polar. Esta polaridad explica las fuerzas de atracción que mantienen unidas a las moléculas de agua, formando enlaces moleculares de hidrógeno, más conocidos como puentes de hidrógeno.(fig.3). La distribución de cargas eléctricas en la molécula de agua se debe a que el oxígeno atrae con más fuerza los electrones que participan de los enlaces, generando cargas parciales positivas sobre los hidrógenos y una carga parcial negativa sobre el propio oxígeno.










Fig. 2 Fig. 3




Esta característica que determina que el agua sea una molécula polar permite la formación de puentes de hidrógeno, es decir, enlaces intermoleculares entre las cargas parciales contrarias de oxígenos e hidrógenos de moléculas vecinas. Esta característica del agua explica sus elevados puntos de ebullición y de fusión, y su extraordinaria eficacia como solvente de sustancias polares y iónicas. La capacidad de formar puentes de hidrógeno no es exclusiva del agua; solventes como etanol o ácidos orgánicos como el acético, también pueden formarlos, tanto entre sí como con la propia agua, aun cuando ninguno de estos compuestos forma uniones de hidrógeno tan fuertes como las formadas por el agua.


ELECTRÓLISIS DEL AGUA

Como se mencionó anteriormente los científicos Nicholson y Carlisle, llevaron a cabo la reacción de descomposición del agua, haciendo pasar una corriente eléctrica a través de ella, descomponiéndola en los elementos hidrógeno y oxígeno.


La electrólisis del agua produce siempre hidrógeno y oxígeno en proporción de 2 a 1 en volumen. Esta reacción puede inducirse al electrolizar el agua en una celda como la que se muestra en la figura 3. Esta celda electrolítica consta de un par de electrodos hecho de un material no reactivo, como el platino, sumergido en agua. Cuando los electrodos se conectan a la batería no sucede nada, porque no existen suficientes iones en agua pura para transportar una cantidad apreciable de corriente eléctrica. Por otra parte, la reacción se lleva a cabo fácilmente en disolución de ácido sulfúrico, porque hay un número suficiente de iones para conducir la electricidad. Inmediatamente aparecen burbujas en ambos electrodos.



El proceso en el ánodo (polo positivo) y enel cátodo(polo negativo) se observa en la siguiente reacción global

PROPIEDADES DEL AGUA

El agua,al igual que muchos otros compuestos,puede experimentar cambios de estado pasando desde la fase sólida a la fase líquida y luego,a la fase gaseosa cuando es calentada.Este proceso implica una variación en la interacción de las moléculas de agua y en el consecuente ordenamiento de estas. En el estado sólido, la agitación molecular es mínima y como producto de las fuerzas de cohesión,las moléculas se encuentran ordenadas y cercanas unas de otras. En el
estado líquido, las moléculas se encuentran más alejadas entre sí, en comparación con las moléculas de un sólido y, por tanto, las fuerzas de cohesión que existen entre ellas son más débiles. Las moléculas vibran con mayor libertad que en los sólidos, permitiendo que sufran pequeñas traslaciones en el interior del líquido. Los líquidos,por tanto,pueden escurrir o fluir con notable facilidad, no ofrecen resistencia a la penetración y toman la forma del recipiente que los contiene. Sus moléculas, al igual que las de los sólidos amorfos, no se encuentran distribuidas en forma ordenada. (fig. 4)

Fig. 4

Por su composición y estructura, el agua posee los puntos de ebullición y de fusión más elevados que los de la mayoría de los líquidos, por esta razón es que el agua es un líquido a la temperatura ambiente.


La propiedad más sobresaliente del agua es que su forma sólida es menos densa que su forma líquida: un cubo de hielo flota en la superficie del agua en un vaso. Ésta es virtualmente una propiedad única. La mayoría de las otras sustancias tienen una mayor densidad en el estado sólido que en el estado líquido. El hecho de que el hielo sea menos denso que el agua tiene un significado ecológico profundo, la capa de hielo formada en la superficie de un lago o un río no se sumerge porque es menos densa que el líquido; más aun actúa como un aislante térmico para el agua que queda debajo. Si el hielo fuera más pesado, se iría al fondo del lago cada vez que el agua se congelara en la superficie y la mayoría de los organismos vivos que existen en el cuerpo del agua no sobrevivirían. Afortunadamente, esto no ocurre.


Esta misma propiedad del hielo, tiene peligrosas consecuencias para las células vivas. Cuando los tejidos vivos se congelan, se forman cristales de hielo, y su expansión rompe y mata a las células. Cuanto más lento es el enfriamiento, mayores son los cristales de hielo y más se daña la célula. Los fabricantes de alimentos aprovechan las propiedades del agua cuando los congelan con tanta rapidez que los cristales no pueden crecer mucho ( y por tanto producen un mínimo daño a su estructura celular).


El agua es también más densa que la mayor parte de los otros líquidos comunes. Por ello, los líquidos que son menos densos que el agua e insolubles en ella flotan en su superficie. El petróleo, que flota sobre el agua, a menudo va a dar a las playas, donde causa considerables daños ecológicos y estéticos.


Otra propiedad muy importante del agua es su elevada capacidad calorífica. La capacidad calorífica de una sustancia es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de la sustancia en 1 °C. El calor específico es la capacidad calorífica de una muestra de 1 gramo, es decir, la cantidad de calor necesaria para cambiar la temperatura de 1 gramo de la sustancia en 1 °C. El agua libera mucho calor cuando hay un descenso en la temperatura, aunque este sea pequeño. Así, las enormes cantidades de agua en la superficie terrestre actúan como un gigantesco termostato, para moderar las variaciones diarias de la temperatura.


Otra característica más que hace al agua única, es su elevado calor de vaporización: se requiere una gran cantidad de calor para evaporar una cantidad pequeña de agua, esto nos permite disipar grandes cantidades de calor corporal, evaporando pequeñas cantidades de agua en el sudor. Este efecto también explica la capacidad que tienen lagos y océanos para regular el clima.
El agua tiene una tensión superficial mayor que gran parte de los líquidos comunes, esto se debe a los enlaces por puente de hidrógeno, que están formados por fuerzas intermoleculares fuertes entre las moléculas de agua.


La tensión superficial es la fuerza que mantiene unidas las moléculas de la superficie libre de los líquidos. Las gotas de agua son esféricas debido a su elevada tensión superficial.
Debido a su estructura y composición, el agua es mejor solvente que la mayoría de los líquidos corrientes; por esto se le considera un solvente universal y es por esta razón, que el agua es un medio donde ocurren las transformaciones químicas. De hecho, su condición de disolvente ha permitido el desarrollo de la vida en la Tierra.


CICLO DEL AGUA

La distribución del agua entre los océanos, los casquetes polares, los ríos, lagos y arroyos de agua dulce es relativamente constante. Sin embargo, existe un ciclo dinámico del agua entre los distintos componentes. El agua se evapora constantemente de las superficies, tanto acuáticas como terrestres. Este vapor de agua se condensa en nubes y regresa a la Tierra en forma de lluvia, aguanieve y nieve. Esta agua dulce llega a ser parte de los casquetes polares, fluye en forma de arroyos y ríos y llena lagos y depósitos subterráneos.


El reciclaje del agua renueva el suministro de agua dulce. Cuando se evapora agua del mar, las sales quedan como residuo. Cuando el agua se filtra por la tierra, las impurezas quedan atrapadas en la roca, grava, arena y arcilla. Sin embargo, esta capacidad de purificación no es infinita.


Las vías de salida del agua del ciclo, tanto en los vegetales como en los animales, son la transpiración y respiración en las plantas, en tanto los animales eliminan agua mediante la excreción, transpiración y la respiración. (ver fig. 5)

Fig. 5

Aun cuando hemos hablado de porcentajes fijos para los distintos tipos de aguas, estas no están quietas en nuestro planeta, todo lo contrario, están constantemente convirtiéndose unas en otras gracias a las propiedades físicas del agua.


Producto de la enorme superficie del mar, millones de metros cúbicos de agua se evaporan desde los océanos diariamente, condensándose debido a las condiciones de presión y temperatura reinantes en la atmósfera, para formar las nubes. Son estas mismas condiciones atmosféricas las que permiten que el agua regrese en forma de precipitaciones, ya sea como lluvia o nieve. El agua de la lluvia, así como aquella que proviene de los deshielos fluye hasta ríos y lagos, llegando en ultimo término al mar. Otra parte del agua proveniente de las precipitaciones se infiltra en los suelos incorporándose a las napas de aguas subterráneas. La humedad presente en los suelos es liberada, en parte, como transpiración incorporándose de este modo también a este ciclo que se realiza de manera continua. Procesos como el comentado calentamiento global podrían alterar el desarrollo de este ciclo y poner en peligro la disponibilidad de agua para beber en amplias regiones de nuestro planeta.


AGUA EN LA NATURALEZA

El agua de lluvia acarrea partículas de polvo de la atmósfera al suelo, y también disuelve un poco de oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono mientras cae a través del aire. Durante las tormentas eléctricas, los rayos hacen que nitrógeno, oxígeno y vapor de agua se combinen para formar ácido nítrico. También se encuentran trazas de ácido nítrico en el agua de lluvia.


Cuando el agua corre sobre la tierra o por debajo de ella, disuelve minerales de las rocas y los suelos. También disuelve sustancias de plantas y animales en descomposición. Recuerda que los minerales (sales) son iónicos, y que los iones tienen carga positiva o negativa. Los principales iones positivos (cationes) del agua natural son sodio (Na+), potasio (K+), calcio (Ca2+), magnesio (Mg2+) y a veces hierro (Fe2+ o Fe3+). Los iones negativos (aniones) suelen ser sulfato (SO42-), bicarbonato (HCO3-) y cloruro (Cl-). En la siguiente tabla se resumen las sustancias que se encuentran en las aguas naturales.

ALGUNAS SUSTANCIAS QUE SE ENCUENTRAN EN LAS AGUAS NATURALES


AGUAS DURAS Y BLANDAS

El agua que contiene un exceso de sales de calcio, magnesio o hierro se denomina agua dura (aproximadamente 0,6 g/litro). Los iones positivos reaccionan con los iones negativos del jabón para formar una sustancia insoluble (especie de nata), impidiendo la acción limpiadora del jabón ya que se pega a la ropa y hace que se vea sucia. Este tipo de agua no puede ser usada para cocinar los alimentos, ni industrialmente porque forma costras en las calderas. Es necesario remover las sales de calcio y magnesio para poder ser utilizadas, ya sea doméstica o industrialmente, mediante un proceso denominado ablandamiento y que consiste en precipitar esas sales o utilizar resinas denominadas de intercambio iónico, que retienen los iones Ca2+, Mg2+, Fe3+ y los cambian por otros cationes que no causen problemas.

Si la dureza es debida a bicarbonatos (HCO3-) se dice que es temporal, ya que se quita por ebullición, de otra manera se dice que la dureza es permanente.

El agua blanda puede contener iones Na+ o K+ , pero estos no forman esa nata insoluble con el jabón.

ABLANDADORES DE AGUAS

Para la limpieza de la ropa y para muchos otros propósitos, el jabón ha sido reemplazado en buena medida por detergentes sintéticos, pues los jabones tienen inconvenientes importantes. Uno de ellos es que en soluciones ácidas, los jabones se convierten en ácidos grasos libres que, a diferencia del jabón, carecen de un extremo iónico y por tanto no tienen acción detergente. No sólo eso, los ácidos grasos son insolubles en agua y se separan en forma de una nata grasosa.

Una desventaja más grave del jabón es que no funciona bien en aguas duras. Las aguas duras, como dijimos anteriormente, contienen ciertos iones metálicos, en particular magnesio, calcio y hierro. Los aniones del jabón reaccionan con estos iones metálicos y forman sólidos grasosos e insolubles, los que dejan pegajoso el cabello recién lavado y son la causa del “gris delator” en la ropa lavada.

La formación de espuma del detergente es más o menos la misma en agua dura y en agua blanda, en cambio cuando se usa jabón, en agua dura casi no hay espuma y se forma material insoluble.

Se han ideado diversos agentes y métodos para ablandar el agua, a fin de facilitar la acción de los jabones. Un ablandador de agua eficaz es la sosa para lavar, que es carbonato de sodio (Na2CO3 . 10H2O). Este compuesto alcaliniza el agua (lo que evita la precipitación de los ácidos grasos) y elimina los iones calcio y magnesio del agua dura, precipitándolos como iones insolubles ( MgCO3 y CaCO3). El fosfato trisódico (Na3PO4) es otro agente ablandador del agua. Al igual que la sosa para lavar, hace alcalina la solución y precipita los iones calcio y magnesio, además al parecer los fosfatos contribuyen al proceso de limpieza, aunque todavía no se sabe como lo hacen.

Existe otro método que es el ablandamiento de aguas por intercambio iónico, los cationes con carga doble (Ca2+, Mg2+ y Fe2+), sustituyen al Na+ en la superficie con carga negativa de las partículas de la resina de intercambio iónico. Cuando el agua ha pasado a través de la columna que contiene la resina, ya se ha ablandado, es decir se han sustituído (intercambiado) los iones Ca2+, Mg2+, Fe2+ por iones Na+.

También existen tanques ablandadores del agua para hogares y empresas. Estos tanques contienen un material polimérico insoluble que atrae y retiene los iones calcio, magnesio y hierro en su superficie, con lo que ablanda el agua. Después de un período de uso, el polímero se satura y se debe desechar o regenerar.

Finalmente, se deben mencionar también algunas ventajas del jabón, es un excelente limpiador en agua blanda, es relativamente poco tóxico, se obtiene de recursos renovables (grasas animales y aceites vegetales) y es biodegradable.

“CONTAMINACIÓN Y RECUPERACIÓN DEL AGUA”

La tensión superficial corresponde al comportamiento de una delgada capa superficial del líquido, la cual se comporta como si fuera una membrana de material elástico, debido a que las fuerzas de cohesión de las moléculas que están en el interior del líquido se atraen entre sí en todas direcciones, menos en la superficie. El agua presenta una elevada tensión superficial, la que explica que las gotas de agua tengan forma esférica, así como también el que pequeños objetos más densos que el agua puedan sostenerse sobre ella. Este es el caso de una aguja, que si es depositada cuidadosamente sobre el agua no se hunde, o el de insectos que asombrosamente son capaces de caminar sobre el agua sin siquiera mojarse las patas.


Los sistemas de desagüe de las ciudades actuales arrojan a los cursos de agua toneladas y toneladas de materia fecal, que estimulan la proliferación de organismos patógenos ocasionando la contaminación biológica de las aguas. Esta contaminación, sumada a los detergentes y otros desechos tóxicos vertidos al drenaje domiciliario, constituyen las aguas servidas. Las industrias, por su parte, vierten a los cursos de agua, como resultado de sus procesos productivos, sustancias orgánicas y metales pesados que alteran las características de salinidad y pH. Muchos de estos contaminantes son altamente tóxicos y pueden acumularse en los organismos vivos, a través del proceso de bioacumulación. Este proceso consiste en la concentración de los contaminantes al pasar de un eslabón a otro en la cadena trófica. Pensemos en el caso de que los contaminantes sean vertidos al mar, condición muy frecuente en nuestro país. En este caso, el fitoplancton absorbe los metales pesados y compuestos orgánicos tóxicos, los que son transferidos al zooplancton cuando este lo come. Cuando los peces ingieren el zooplancton, los contaminantes pasan a ellos, pero como el número de organismos es mucho menor, la concentración de los contaminantes aumenta. Cuando las aves marinas consumen los peces, se convierten en los depositarios finales de los contaminantes acumulando altas concentraciones de ellos durante su vida. Otro gran problema lo constituyen los fertilizantes y los detergentes ricos en fosfatos, que al disolverse en las aguas continentales, promueven el crecimiento descontrolado de algas y plantas . Este proceso se denomina eutroficación y es extraordinariamente dañino en cursos de aguas menores, como esteros lagunas y lagos, donde la invasión de algas y plantas acuáticas limita las posibilidades de desarrollo de peces y otros organismos.Un efecto no menor es la alteración de la temperatura del agua, debido a descargas de aguas calientes a ríos y lagos, provenientes de enfriadores de plantas de celulosa, refinerías, etc. La incorporación de agua caliente aumenta la temperatura del agua, lo que disminuye la solubilidad del oxígeno, produciendo la muerte de los organismos aerobios que habitan en el curso de agua.


CONTAMINACIÓN DEL AGUA


Los pueblos primitivos no contaminaban mucho ni el agua ni el aire, debido principalmente a que no eran muy numerosos. Fue con la llegada de la revolución agrícola y el surgimiento de las ciudades que comenzó a haber un número suficiente de Homo sapiens para contaminar severamente el entorno.

Contaminación biológica

La contaminación de los suministros de agua por microorganismos provenientes de desechos humanos era un problema grave en todo el mundo hasta hace unos 100 años. Durante la década de 1830, terribles epidemias de cólera azotaron el mundo occidental. La tifoidea y la disentería eran comunes. Actualmente, se estima que cerca del 80 % de todas las enfermedades del mundo se deben al agua contaminada, ya que menos del 10 % de la población mundial tiene acceso a agua limpia en cantidad suficiente. Todavía tenemos epidemias de cólera, tifoidea y disentería en muchas partes del mundo.


La amenaza de la contaminación biológica no se ha eliminado totalmente en las naciones desarrolladas. La hepatitis una enfermedad viral que ha veces se difunde por el agua potable, ha amenazado con alcanzar proporciones epidémicas incluso en los países más avanzados. La contaminación biológica también reduce el valor recreativo del agua. En muchas áreas se ha prohibido nadar.


Contaminación química

La Revolución industrial añadió una nueva dimensión a nuestros problemas de contaminación del agua. Muchas fábricas se construyeron a la orilla de corrientes de agua, y los desechos se vertieron en ellas para ser transportados a otros lugares. El surgimiento de la agricultura moderna ha dado pie a una mayor contaminación por los fertilizantes y plaguicidas que van a dar al sistema acuático. El transporte de petróleo causa derrames en los océanos, lagos y ríos. Los ácidos llegan al agua proveniente de minas, fábricas y de la precipitación ácida. Las sustancias químicas de uso doméstico también contribuyen a la contaminación del agua cuando se vierten al drenaje detergentes, disolventes y otros compuestos.


Aguas negras

Los microorganismos patógenos (que causan enfermedades) no son el único problema que tiene su origen en los desechos humanos que vertimos en nuestras vías de agua. La descomposición bacteriana de la materia orgánica agota el oxígeno disuelto en el agua y enriquece las aguas con nutrimentos vegetales. Una corriente puede soportar sin problemas una cantidad pequeña de desechos, pero cuando en un cuerpo de agua se vierten enormes cantidades de aguas negras sin tratar, pueden ocurrir cambios indeseables.


La mayor parte del material orgánico puede ser descompuesto (degradado) por microorganismos. Esta biodegradación puede ser aeróbica o anaeróbica. La oxidación aeróbica ocurre en presencia de oxígeno disuelto. Una medida de la cantidad de oxígeno necesaria para esta degradación es la DBO (demanda bioquímica de oxígeno). Cuanto mayor sea la cantidad de desechos orgánicos degradables, mayor será la DBO. Si la DBO es lo bastante alta, se agotará el oxígeno y ningún ser vivo (con excepción de los microorganismos anaerobios que producen olores desagradables) puede sobrevivir en el lago o corriente. Las corrientes de agua se pueden regenerar, y las más rápidas pronto vuelven a la vida a medida que el movimiento del agua introduce oxígeno en ella. Los lagos con poco o ningún flujo pueden permanecer muertos durante años.


Si hay suficiente oxígeno disuelto, las bacterias aerobias (las que requieren oxígeno)
oxidan la materia orgánica hasta dióxido de carbono, agua y diversos iones inorgánicos. El agua está relativamente limpia, pero los iones, sobre todo los nitratos y fosfatos, pueden servir como nutrientes para el crecimiento de algas, que también causan problemas. Cuando las algas mueren, se convierten en desechos orgánicos y elevan la DBO. Este proceso se llama eutroficación. Los escurrimientos de fertilizantes de granjas y prados estimulan el florecimiento y la extinción de algas. Esta combinación da origen a corrientes y lagos muertos o moribundos que la naturaleza es incapaz de purificar con la misma rapidez con la que nosotros los contaminamos.
Cuando el oxígeno disuelto en un cuerpo de agua se agota por un exceso de materia orgánica, ya sea que provenga de aguas negras, algas muertas u otras fuentes, predominan los procesos de descomposición anaeróbica. En lugar de oxidar la materia orgánica, las bacterias anaerobias la reducen. Se forma metano (CH4). El azufre se convierte en sulfuro de hidrógeno (H2S) y otros compuestos orgánicos malolientes. El nitrógeno se reduce a amoníaco y aminas también malolientes. Los desagradables olores son una buena indicación de que el agua está sobrecargada con desechos orgánicos. Ningún ser vivo, aparte de los microorganismos anaerobios, puede sobrevivir en tales aguas.


Ciclos ecológicos

Consideremos la contaminación del agua desde el punto de vista de un pez. Un ciclo ecológico simplificado podría abarcar un lago pequeño. Los peces producen desechos orgánicos en el agua. Las bacterias descomponen estos desechos y producen materiales inorgánicos que sirven como nutrimentos para el crecimiento de algas. Los peces comen las algas, se establece un equilibrio y el ciclo está completo.


Veamos ahora algunas de las formas en que los seres humanos podemos perturbar el ciclo. Podríamos incrementar los desechos orgánicos vaciando aguas negras en el lago. Al descomponer estos desechos, las bacterias consumen todo el oxígeno disuelto y los peces mueren. También los escurrimientos de fertilizantes y las filtraciones de los lotes de engorda de ganado añaden nutrimentos inorgánicos al ciclo, y un florecimiento de algas puede causar agotamiento del oxígeno y matar a los peces. Tal vez la influencia más difícil de cuantificar de todas sea la introducción de nuevas sustancias en el ciclo ecológico del agua: plaguicidas, radioisótopos, detergentes, metales tóxicos y sustancias químicas industriales.


Contaminación de aguas subterráneas

En algunos lugares el agua potable se obtiene de los mantos freáticos (subterráneos), pero en muchos de estos mantos se han encontrado sustancias químicas tóxicas.


Las sustancias químicas enterradas en tiraderos se han infiltrado en los mantos freáticos, entre los contaminantes comunes están los hidrocarburos que se emplean como disolventes (por ejemplo, benceno, tolueno e hidrocarburos clorados como tetracloruro de carbono, cloroformo y cloruro de metileno). Uno de los más comunes es el tricloroetileno, que se utiliza ampliamente como disolvente para lavado en seco y como desengrasante. Se sospecha que muchas de estas sustancias son carcinógenos. Estos compuestos orgánicos no son solubles en agua, pero cantidades muy pequeñas, si logran disolverse en el agua. Son estas cantidades traza las que se encuentran en las aguas freáticas. Otra característica de estos compuestos es su baja reactividad, reaccionan tan lentamente que persisten durante períodos muy largos.


Otra fuente importante de contaminación de las aguas freáticas son los tanques de almacenamiento subterráneos que presentan fugas. Tradicionalmente, en las gasolineras se ha almacenado el combustible en tanques de acero enterrados. Los tanques duran en promedio unos 15 años antes de que la corrosión los perfore y comiencen a tener fugas.


La contaminación de aguas freáticas es alarmante sobre todo porque, una vez contaminado, un manto de agua subterráneo puede quedar inutilizado durante décadas. No hay ninguna forma fácil de eliminar los contaminantes. Sacar el agua por bombeo y purificarla podría tardar años y costar miles de millones de dólares.

Aguas ácidas

El agua ácida proveniente de la lluvia, niebla y nieve ácida es perjudicial para la vida en los lagos y corrientes de agua. Los óxidos de azufre y de nitrógeno de las plantas termoeléctricas, industrias y automóviles viajan cientos de kilómetros en la dirección del viento y caen como ácido sulfúrico y nítrico. Se ha establecido un vínculo entre la lluvia ácida y la disminución en los rendimientos de los cultivos y de los bosques.


Los efectos de las aguas ácidas sobre los organismos vivos son difíciles de establecer con precisión. Tal vez el efecto más importante de la acidez es que causa la liberación de iones tóxicos de las rocas y los suelos. Por ejemplo, los iones aluminio, que están firmemente unidos en las arcillas y otros minerales, son liberados por el ácido. Los iones aluminio no son muy tóxicos para lo seres humanos, pero al parecer son mortales para los peces jóvenes. Muchos de los lagos que están muriendo sólo tienen peces viejos; ninguno de los jóvenes sobrevive. Irónicamente, los lagos destruidos por exceso de acidez suelen ser muy hermosos. El agua es cristalina y chispeante: marcado contraste con los lagos en los que los peces mueren por agotamiento de oxígeno después de que ocurren florecimientos de algas.


Los ácidos no representan una amenaza para los lagos y arroyos en las zonas donde las rocas son piedra caliza (carbonato de calcio), la cual puede neutralizar el exceso de ácido.


En cambio, donde las rocas son principalmente de granito, no hay tal neutralización. Las aguas ácidas pueden tratarse con piedra caliza pulverizada. Se han realizado algunos intentos en este sentido, pero el proceso es costoso y la mejoría sólo dura unos cuantos años. Una forma obvia de aliviar el problema es eliminar el azufre de la hulla antes de quemarla o lavar los gases de chimenea para atrapar los óxidos de azufre.


Contaminación industrial

Casi todas las industrias contribuyen a la contaminación del agua. Se requieren varios cientos de kilogramos de acero para fabricar un automóvil. La producción de una tonelada métrica de acero requiere unas 100 toneladas de agua. Cerca de 4 toneladas de agua se pierden por evaporación; el resto se contamina con ácidos, grasas y aceites, cal y sales de hierro. Esta agua contaminada puede limpiarse, y en su mayor parte se recicla.


El cromado de defensas, parrillas y ornamentos también es una fuente de contaminación. El proceso genera cromo, en forma de iones cromato y iones cianuro. Anteriormente estas sustancias tóxicas se vertían en las corrientes de agua. Hoy en día generalmente se eliminan en buena parte mediante un tratamiento químico.


Los desechos de la industria textil incluyen acondicionadores, colorantes, blanqueadores, aceites, tierra y otros residuos orgánicos. La mayor parte de estos desechos pueden eliminarse por un tratamiento convencional de las aguas negras. Los desechos de las plantas empacadoras de carne incluyen sangre y diversos fragmentos animales. Otras plantas generan desechos de frutas y vegetales. Los desechos de la industria de los alimentos por lo regular se tratan en plantas de tratamiento de aguas negras normales.


Las refinerías de petróleo producen desechos que incluyen colorantes, aceites, ácidos, salmueras y compuestos de azufre. Las plantas de productos químicos, generan diversos materiales de desecho. La mayor parte de las industrias ha logrado reducir sustancialmente la cantidad de desechos que produce, y se ha comprometido a realizar reducciones adicionales.



PROCEDIMIENTOS ARTIFICIALES DE PÚRIFICACIÓN DEL AGUA


El agua que se encuentra en condiciones de ser bebida sin que provoque perjuicios al ser humano, se denomina agua potable. Esta contiene otros compuestos, en su mayoría iones, que no son nocivos cuando están presentes en bajas cantidades. Existen varios procedimientos mediante los cuales se puede purificar el agua, a continuación se mencionan algunos:


1. DESTILACIÓN DEL AGUA

Proceso que implica la evaporación del agua y su posterior condensación. Este procedimiento es muy caro porque se gasta mucha energía para poder alcanzar la evaporación del agua. (ver fig. 6)


2. OSMOSIS INVERSA

Método de desalinización que no implica un cambio de estado del agua. En este procedimiento el agua de mar se encuentra en un recipiente separado de otro por una membrana semipermeable que sólo permite el paso de agua y no de solutos o sales cuando esta agua es sometida a una presión. De manera que en el otro recipiente el agua obtenida es potable. (ver fig. 7)

























Fig. 6 Fig. 7

3. POTABILIZACIÓN DEL AGUA

El proceso de potabilización del agua consiste en pasar el agua proveniente de alguna fuente natural por varias piscinas que la van limpiando, este proceso se realiza en seis etapas:

TAMIZADO: consiste en impedir el paso tanto de objetos sólidos como de seres vivientes (peces, moluscos) poniendo una gran malla metálica en la toma de agua.

PRECLORACIÓN: se agrega cloro al agua. Este poderoso desinfectante mata los microorganismos que producen enfermedades, como la fiebre tifoidea, la hepatitis y el cólera.

FLOCULACIÓN O COAGULACIÓN: se agregan al agua ciertos productos químicos que logran retirar la suciedad y otras partículas sólidas en suspensión. Estos productos son el sulfato de aluminio y el hidróxido de calcio, que al ser vertidos en el agua reaccionan entre sí formando hidróxido de aluminio, que es una sustancia pegajosa, parecida a la gelatina y que atrapa las partículas suspendidas en el agua.

DECANTACIÓN: proceso en el cual las partículas y suciedad atrapadas en la coagulación, caen al fondo de los estanques, por acción de la gravedad.

FILTRACIÓN: por medio de un filtro de arena y piedras, se retiran gran parte de las impurezas que se mantienen todavía en el agua después de la coagulación y de la sedimentación.

CLORACIÓN: se vuelve añadir cloro al agua para eliminar los microorganismos más resistentes y así garantizar su calidad y al mismo tiempo desinfectar las tuberías de la red de distribución por donde circula el agua hasta nuestros hogares.


4. USO DEL OZONO

La cloración no es la única forma de desinfectar el agua potable. También se usa el ozono. Más de 1000 ciudades, principalmente en Europa, usan ozono para tratar el agua potable. El ozono es más costoso que el cloro, pero se necesita menor cantidad. Una ventaja adicional es que el ozono mata virus sobre los que el cloro surte poco o ningún efecto. Se ha demostrado que el ozono es 100 veces más efectivo que el cloro para matar el virus de la poliomelitis.

El ozono (O3) actúa transfiriendo su oxígeno “extra” al contaminante. Los contaminantes oxidados generalmente son menos tóxicos que los clorados. Además, el ozono no imparte un sabor químico al agua. La desventaja del ozono es que no ofrece ninguna protección residual contra los microorganismos. No obstante, si los problemas con el cloro empeoran, es probable que veamos un cambio del cloro al ozono en el tratamiento de nuestras aguas potables y residuales. Tal vez podamos usar el ozono para desinfectar el agua, y luego agregar apenas suficiente cloro para tener una protección residual.


TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

En muchos países desarrollados y desde hace algunos años también en nuestro país,se han construido plantas de tratamiento de aguas servidas para disminuir la descarga de contaminantes a los distintos cursos de agua dulce y al mar. Las plantas de tratamiento consisten, en general, en una primera etapa o tratamiento primario en el que se eliminan todos los sólidos de gran tamaño, mediante tamizado, al pasar el agua a través de rejas de hierro.
Luego, el agua es conducida a estanques donde por decantación, una parte de la materia sólida tanto orgánica como inorgánica precipita. Un tratamiento secundario, en que mediante un proceso de aireación y el uso de microorganismos aeróbicos se descompone la materia orgánica remanente. Dependiendo del tipo de planta, los lodos producidos durante este proceso son bombeados nuevamente a los tanques de aireación para completar el proceso de digestión de la materia orgánica. El agua resultante es sometida a un nuevo proceso de sedimentación y está en condiciones, previa desinfección con cloro, de ser vertida a cursos de agua naturales.
El tratamiento terciario, necesario para la eliminación total de los contaminantes químicos, no siempre se realiza debido a los altos costos. Este considera la eliminación de compuestos nitrogenados, fosfatos y metales pesados.

El agua obtenida por estos tratamientos no es apta para el consumo humano, pero sí se puede verter a cauces naturales o ser reutilizada.


V.G.Z